RU2118026C1

RU2118026C1 - Electrodynamic spark plug

Info

Publication number: RU2118026C1
Application number: RU97121231A
Authority: RU
Inventors: Р.Х. Каримов; В.П. Пасько; В.В. Рыбаков; В.Ф. Рыбкин; Иван Николаевич Стаценко
Original assignee: Каримов Рафаиль Хурматович; Пасько Виктор Павлович; Рыбаков Валентин Владимирович; Рыбкин Владимир Федорович
Priority date: 1997-12-30
Filing date: 1997-12-30
Publication date: 1998-08-20

Abstract

FIELD: engine manufacture; devices for igniting fuel mixture in internal- combustion engines. SUBSTANCE: spark plug has body, insulator, central plate, and ground plate with nozzle part whose surface is coated with erosion-resistant material. Inner space of body is cylindrical or conical turning into critical section of spark-plug nozzle part; diameter and length of this critical section are chosen between 0.22 and 0.91 and between 0.12 and 0.49, of maximum diameter of inner space of body, respectively; nozzle part is built integral with body; bottom part of central plate is of cylindrical or mushroom shape; the latter has cylindrical or rounded-off conical head placed with its base on insulator edge; diameter and height of cylindrical bottom part as well as diameter of base and height of mushroom-shaped head at bottom part of central plate are chosen depending on volume of inner space of spark-plug body and may be 0.19-0.98 and 0.26-2.27 of maximum diameter of inner space of spark-plug body, respectively; body is joined to insulator through plastic metal gaskets. EFFECT: improved speed and reliability of mixture ignition and reduced toxicity of exhaust gases. 4 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к устройствам для воспламенения топливной смеси двигателей внутреннего сгорания. The invention relates to the field of engineering, and in particular to devices for igniting the fuel mixture of internal combustion engines.

Известна свеча зажигания для двигателей внутреннего сгорания, содержащая корпус, размещенный в корпусе изолятор с центральным электродом, нижняя часть которого обращена в сторону сопловой части свечи, массовый электрод корпуса с сопловой частью, а боковая поверхность нижней части центрального электрода и поверхность сопловой части имеют эрозионно стойкое покрытие (патент РФ N 2055432, H 01 T 13/54, 1990). Known spark plug for internal combustion engines, comprising a housing located in the housing of the insulator with a central electrode, the lower part of which is facing the nozzle part of the candle, the mass electrode of the housing with the nozzle part, and the side surface of the lower part of the central electrode and the surface of the nozzle part are erosion resistant coating (RF patent N 2055432, H 01 T 13/54, 1990).

Однако известная свеча зажигания для двигателей внутреннего сгорания обладает недостаточными характеристиками. However, the known spark plug for internal combustion engines has insufficient characteristics.

Задачей настоящего изобретения является создание электродинамической свечи зажигания двигателя внутреннего сгорания, обладающей повышенными эксплуатационными характеристиками. An object of the present invention is to provide an electrodynamic spark plug for an internal combustion engine having enhanced performance characteristics.

Поставленная задача решается тем, что в электродинамической свече зажигания двигателя внутреннего сгорания, содержащей корпус, размещенный в корпусе изолятор с центральным электродом, нижняя часть которого обращена в сторону сопловой части свечи, массовый электрод корпуса с сопловой частью, а боковая поверхность нижней части центрального электрода и поверхность сопловой части имеют эрозионно стойкое покрытие, отличительной особенностью является то, что внутренняя полость корпуса свечи выполнена цилиндрической или конической, переходящей в критическое сечение сопловой части свечи, при этом диаметр и длина критического сечения сопловой части свечи выбраны в пределах соответственно 0,22-0,91 и 0,12-0,49 от максимального диаметра внутренней полости корпуса свечи, сопловая часть выполнена заодно с корпусом свечи, нижняя часть центрального электрода имеет цилиндрическую или грибовидную форму, при этом грибовидная форма выполнена с цилиндрической или конической закругленной шляпкой, размещенной своим основанием на срезе изолятора, а диаметр и высота цилиндрической формы, а также диаметр основания и высота грибовидной формы нижней части центрального электрода выбраны в зависимости от объема внутренней полости корпуса свечи и составляют соответственно 0,19-0,98 и 0,26-2,27 от максимального диаметра внутренней полости корпуса свечи, а соединение корпуса свечи с изолятором осуществлено через прокладки из пластичного металла, при этом внутренняя полость корпуса свечи выполнена цилиндрической при выполнении грибовидной нижней части центрального электрода цилиндрической, или выполнена конической при выполнении грибовидной нижней части центрального электрода конической, при этом торец или закругление нижней части центрального электрода размещены во внутренней полости корпуса свечи, или в области критического сечения сопловой части или выступают из нее в сторону среза сопловой части на расстояние, равное 0,002-0,13 диаметра критического сечения сопловой части, а эрозионно cтойкое покрытие поверхности внутренней полости свечи, и/или ее сопловой части и/или нижней части центрального электрода выполнено биметаллическим или из карбидов, боридов, нитридов и силицидов тугоплавких металлов или их смесей. The problem is solved in that in the electrodynamic spark plug of an internal combustion engine containing a housing, an insulator with a central electrode located in the housing, the lower part of which is facing the nozzle part of the spark plug, the mass electrode of the housing with the nozzle part, and the side surface of the lower part of the central electrode and the surface of the nozzle part has an erosion-resistant coating, a distinctive feature is that the internal cavity of the candle body is cylindrical or conical, transition flowing into the critical section of the nozzle part of the candle, while the diameter and length of the critical section of the nozzle part of the candle are selected within 0.22-0.91 and 0.12-0.49, respectively, of the maximum diameter of the inner cavity of the candle body, the nozzle part is made at the same time by the candle body, the lower part of the central electrode has a cylindrical or mushroom shape, while the mushroom shape is made with a cylindrical or conical rounded hat placed at its base on the insulator slice, and the diameter and height are cylindrical, and t also the diameter of the base and the height of the mushroom shape of the lower part of the central electrode are selected depending on the volume of the inner cavity of the candle body and are respectively 0.19-0.98 and 0.26-2.27 of the maximum diameter of the inner cavity of the candle body, and the connection of the candle body with an insulator made through gaskets made of ductile metal, while the inner cavity of the candle body is cylindrical when the mushroom-shaped lower part of the central electrode is cylindrical, or conical when the mushroom is made the lower part of the central electrode is conical, while the end or the rounding of the lower part of the central electrode is placed in the inner cavity of the candle body, or in the region of the critical section of the nozzle part or protrude from it towards the cut of the nozzle part by a distance equal to 0.002-0.13 critical diameter section of the nozzle part, and erosion-resistant coating of the surface of the inner cavity of the candle, and / or its nozzle part and / or the lower part of the central electrode is made of bimetallic or carbides, borides, nitrides and silicides of refractory metals or mixtures thereof.

Предложенная электродинамическая свеча зажигания двигателя внутреннего сгорания отличается от известной выполнением внутренней полости корпуса свечи цилиндрической или конической, переходящей в критическое сечение сопловой части свечи, при этом диаметр и длина критического сечения части свечи выбраны в пределах соответственно 0,22-0,91 и 0,12-0,49 от максимального диаметра внутренней полости корпуса свечи, выполнением сопловой части заодно с корпусом свечи, нижняя часть центрального электрода имеет цилиндрическую или грибовидную форму, при этом грибовидная форма выполнена с цилиндрической или конической закругленной шляпкой, размещенной своим основанием на срезе изолятора, а диаметр и высота цилиндрической части, а также диаметр основания и высота грибовидной формы нижней части центрального электрода выбраны в зависимости от объема внутренней полости корпуса свечи и составляют соответственно 0,19-0,98 и 0,26-2,27 от максимального диаметра внутренней полости корпуса свечи, осуществлением соединения корпуса свечи с изолятором через прокладки из пластичного металла, выполнением внутренней полости корпуса свечи цилиндрической при выполнении грибовидной нижней части центрального электрода цилиндрической или конической при выполнении грибовидной нижней части центрального электрода конической, размещением торца или закругления нижней части центрального электрода во внутренней полости корпуса свечи, или в области критического сечения сопловой части или выступающими из нее в сторону среза сопловой части на расстояние, равное 0,002-0,13 диаметра критического сечения сопловой части, а также выполнением эрозионно стойкого покрытия поверхностей внутренней полости свечи, и/или ее сопловой части и/или нижней части центрального электрода биметаллическим или из карбидов, боридов, нитридов и силицидов тугоплавких металлов или их смесей. The proposed electrodynamic spark plug of an internal combustion engine differs from the known embodiment of the inner cavity of the candle body cylindrical or conical, turning into a critical section of the nozzle part of the candle, while the diameter and length of the critical section of the part of the candle are selected in the range 0.22-0.91 and 0, respectively. 12-0.49 from the maximum diameter of the inner cavity of the candle body, by performing the nozzle part at the same time as the candle body, the lower part of the central electrode has a cylindrical or mushroom shape, p and this mushroom shape is made with a cylindrical or conical rounded hat placed on its base on the insulator slice, and the diameter and height of the cylindrical part, as well as the diameter of the base and the height of the mushroom shape of the lower part of the central electrode are selected depending on the volume of the inner cavity of the candle body and are respectively 0.19-0.98 and 0.26-2.27 of the maximum diameter of the inner cavity of the candle body, by connecting the candle body to the insulator through plastic gaskets, we eat the inner cavity of the candle body cylindrical when the mushroom-shaped lower part of the central electrode is cylindrical or conical when the mushroom-shaped lower part of the central electrode is conical, by placing an end face or rounding of the lower part of the central electrode in the inner cavity of the candle body, or in the protruding section of the nozzle part in the direction of the cut of the nozzle part by a distance equal to 0.002-0.13 of the diameter of the critical section of the nozzle part, as well as by erosion persistent coating of the surfaces of the inner cavity of the candle, and / or its nozzle part and / or the lower part of the Central electrode bimetallic or from carbides, borides, nitrides and silicides of refractory metals or mixtures thereof.

Экспериментально в течение длительной практической работы предложенных конструкций электродинамической свечи зажигания на двигателях внутреннего сгорания нами было установлено, что с использованием всех отличительных конструктивных особенностей и выбранных геометрических соотношений удастся значительно повысить эксплуатационные характеристики свечи зажигания, а именно достигнуто повышение мощности разрядной плазмы, скорости и надежности воспламенения рабочей смеси, а также увеличение ресурса эксплуатации при снижении токсичности выхлопных газов. During the long practical work of the proposed designs of the electrodynamic spark plug on internal combustion engines, we found that using all the distinctive design features and the selected geometric ratios, it will be possible to significantly increase the performance of the spark plug, namely, an increase in discharge plasma power, speed and reliability of ignition working mixture, as well as an increase in service life while reducing toxic exhaust spacers.

На фиг. 1-4 показаны конструкции предложенной электродинамической свечи зажигания двигателя внутреннего сгорания. In FIG. 1-4 shows the design of the proposed electrodynamic spark plugs of an internal combustion engine.

Свеча зажигания состоит из металлического корпуса 1, снабженного резьбой для вворачивания в головку ДВС, и многогранной головкой под гаечный ключ для обеспечения такого вворачивания. The spark plug consists of a metal housing 1, equipped with a thread for screwing into the head of the engine, and a multi-faceted head for a wrench to ensure such screwing.

Внутри корпуса 1 жестко, через прокладки из пластичного металла, закреплен изолятор 2, через который пропущен центральный электрод 3, нижняя часть 4 которого выполнена цилиндрической (фиг.1) или грибовидной формы (фиг.2-4). С наружной стороны центральный электрод 3 снабжен контактной клеммой (на чертеже не показана) любого типа, обеспечивающей подсоединение к центральному электроду 3 провода от источника импульсов высокого напряжения. Второй провод от этого источника должен соединяться с корпусом ДВС с тем, чтобы при вворачивании в него свечи обеспечивалась надежная гальваническая связь между корпусом свечи 1 и корпусом ДВС. Внутренняя полость 6 корпуса свечи 1 переходит в критическое сечение сопловой части 5 свечи. Поверхность внутренней полости свечи 6, ее сопловой части 5 и нижней части центрального электрода снабжены эрозионно стойким покрытием, которое может быть выполнено биметаллическим или из карбидов, боридов, нитридов и силицидов тугоплавких металлов или их смесей. Inside the housing 1, an insulator 2 is fixed rigidly through gaskets of plastic metal, through which a central electrode 3 is passed, the lower part 4 of which is cylindrical (figure 1) or mushroom-shaped (figure 2-4). On the outside, the central electrode 3 is equipped with a contact terminal (not shown) of any type, which provides for connecting wires to the central electrode 3 from a high voltage pulse source. The second wire from this source should be connected to the ICE case so that when a candle is screwed into it, reliable galvanic connection between the candle case 1 and the ICE case is ensured. The inner cavity 6 of the body of the candle 1 passes into a critical section of the nozzle part 5 of the candle. The surface of the inner cavity of the candle 6, its nozzle part 5 and the lower part of the central electrode is provided with an erosion-resistant coating, which can be made bimetallic or of carbides, borides, nitrides and silicides of refractory metals or mixtures thereof.

Работа предлагаемой электродинамической свечи двигателя внутреннего сгорания происходит следующим образом. The work of the proposed electrodynamic spark plugs of an internal combustion engine is as follows.

При заполнении топливной смесью камеры сгорания ДВС или при такте сжатия внутренняя полость свечи 6 заполняется этой смесью. При подаче на центральный электрод 3 и корпус свечи 1 импульса высокого напряжения происходит электрический пробой между нижней частью центрального электрода 4 и корпусом свечи. Сначала этот пробой имеет вид искрового шнура, но затем под его воздействием пробой практически мгновенно распространяется на весь кольцевой зазор. Сразу же под действием электродинамической силы, возникающей в результате взаимодействия радиального тока, проходящего через образовавшуюся при пробое плазму, и кольцевого магнитного поля, созданного этим же током, протекающим далее по нижней части центрального электрода, плазменный сгусток ускоряется вдоль оси сопловой части 5 свечи. Происходит "выдувание" плазменного сгустка к срезу сопловой части, которое приводит к воспламенению топливной смеси по всему объему соплового насадка, что существенно повышает надежность воспламенения. Струя продуктов сгорания истекает с большой скоростью из сопловой части свечи 5, смешивается с топливной смесью в объеме камеры сгорания ДВС и завершает процесс ее поджигания, начатый "выдуваемым" плазменным сгустком. Затем идет повторение процесса. When filling the combustion chamber of the internal combustion engine with the fuel mixture or during the compression stroke, the inner cavity of the candle 6 is filled with this mixture. When a high voltage pulse is applied to the central electrode 3 and the candle body 1, an electrical breakdown occurs between the lower part of the central electrode 4 and the candle body. At first, this breakdown has the form of a spark cord, but then under its influence, the breakdown almost instantly spreads over the entire annular gap. Immediately under the action of an electrodynamic force resulting from the interaction of a radial current passing through the plasma formed during breakdown and an annular magnetic field created by the same current flowing further along the lower part of the central electrode, the plasma bunch is accelerated along the axis of the nozzle part 5 of the candle. There is a “blowing” of the plasma bunch to the nozzle section cutoff, which leads to ignition of the fuel mixture throughout the nozzle nozzle volume, which significantly increases the ignition reliability. The stream of combustion products flows out at a high speed from the nozzle part of the candle 5, mixes with the fuel mixture in the volume of the combustion chamber of the internal combustion engine and completes the process of its ignition, initiated by the "blown" plasma clot. Then comes the repetition of the process.

Эксплуатационные испытания предложенной конструкции электродинамической свечи зажигания ДВС показали, что она обладает повышенными эксплуатационными характеристиками, а именно повышенной мощностью разрядной плазмы, скоростью и надежностью воспламенения топливной смеси, увеличенным ресурсом эксплуатации при одновременном снижении токсичности выхлопных газов. Operational tests of the proposed design of an internal combustion engine electrodynamic spark plug showed that it has improved performance characteristics, namely increased discharge plasma power, speed and reliability of ignition of the fuel mixture, increased service life, while reducing exhaust toxicity.

Claims

1. The electrodynamic spark plug of an internal combustion engine, comprising a housing, an insulator with a central electrode placed in the housing, the lower part of which is facing the nozzle part of the spark plug, the mass electrode of the housing with the nozzle part, and the side surface of the lower part of the central electrode and the surface of the nozzle part are erosion resistant a coating, characterized in that the inner cavity of the candle body is cylindrical or conical, turning into a critical section of the nozzle part of the candle, while the meter and the length of the critical section of the nozzle part of the candle are selected within 0.22-0.91 and 0.12-0.49, respectively, of the maximum diameter of the inner cavity of the candle body, the nozzle part is made in one with the candle body, the lower part of the central electrode has a cylindrical or mushroom shape, while the mushroom shape is made with a cylindrical or conical rounded hat placed on its base on the cut of the insulator, and the diameter and height of the cylindrical shape, as well as the diameter of the base and the height of the mushroom shape of the lower part and the central electrode are selected depending on the volume of the inner cavity of the candle body and are respectively 0.19 - 0.98 and 0.26 - 2.27 of the maximum diameter of the internal cavity of the candle body, and the connection of the candle body to the insulator is carried out through plastic gaskets.

2. The candle according to claim 1, characterized in that the inner cavity of the candle body is cylindrical when the mushroom-shaped lower part of the central electrode is cylindrical, or made conical when the mushroom-shaped lower part of the central electrode is cylindrical, or made conical when the mushroom-shaped lower part of the central electrode is conical .

3. The candle according to claims 1 and 2, characterized in that the end face or rounding of the lower part of the central electrode is placed in the inner cavity of the candle body or in the region of the critical section of the nozzle part or protrudes from it towards the cut of the nozzle part by a distance equal to 0.002-0 , 13 diameters of the critical section of the nozzle portion.

4. The candle according to claims 1 to 3, characterized in that the erosion-resistant coating of the surface of the inner cavity of the candle, and / or its nozzle part, and / or the lower part of the central electrode is made of bimetallic, or from carbides, borides, nitrides and silicides of refractory metals, or mixtures thereof.